地铁区间隧道盾构钢套筒辅助接收技术分析

(中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004)

地铁区间隧道盾构钢套筒辅助接收技术分析

姜佳

(中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙410004)

盾构接收施工是隧道施工中的关键点，也是盾构隧道施工中极易出现事故的阶段。在本次研究中，以黄土岭站～砂子塘站区间为研究对象，对区间左线盾构接收钢套筒辅助作业施工方案以及施工技术要点进行详细探究，以期为类似工程提供借鉴。

盾构隧道；钢套筒；吊装；支撑安装

一、引言

现如今，在隧道工程施工中，盾构接收技术包括接收工法、钢套筒工法、水中接收工法等等。通过应用钢套筒辅助接收施工技术，能够有效避免在盾构到达接收过程中出现漏水或者涌砂等的问题，从而保证盾构安全出洞。因此，对盾构施工中的钢套管接收方式进行详细探究迫在眉睫。

二、隧道盾构钢套筒辅助接收技术概况

在隧道盾构施工中，如果盾构机到达端头不满足加固条件，则需要采用钢套筒辅助工技术，保证盾构机到达阶段施工的安全性。盾构接收钢套筒主要装置是圆柱形半封闭杯口形容器，开口段与盾构接收端洞口预埋洞口钢环连接，形成一个密闭的、微压容器，容器内充满均质、具有一定强度的填料，提供盾构推进时对接收端加固段土体形成的反力，能够确保在盾构掘进施工过程中，避免出现涌砂涌水等安全问题。

三、工程概况

本区间采用盾构法施工，区间左线为单洞单线隧道。隧道起止里程为：ZDK35+146.2～ZDK35+733.197，短链4.061m，左线隧道长582.936m。区间左线平面曲线半径350m、隧道纵断面为单向坡，其中最小坡度为2.000‰，最大坡度为5.48‰，竖曲线半径为3000m。

四、钢套筒结构设计

接收钢套筒是一端开口的桶状结构，整个钢套筒总长为11030mm，由1个过渡环、4个筒体、1个后端盖和后背钢支撑等部分组成。钢套筒结构形式如图1所示。

图1 钢套筒结构示意图

五、施工方案

(一)钢套筒加工

钢套筒的制作由专业厂家负责，最终将验收合格的钢套筒运至施工现场。钢套筒加工应满足《钢结构设计规范》(GB50017-2014)及《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)的相关要求外，尚需满足如下技术要求：

(1)密封耐压达到0.4MPa不渗漏；

(2)圆度要求小于10mm；

(3)法兰平面度小于5mm(用螺栓连接)。

(4)后靠及支撑体系必须满足工程实际要求。

(5)所有法兰螺栓孔必须成对加工，确保拼装精度；

(6)投料口、排浆孔等开口位置均应焊接严密，防止漏水。

(二)钢套筒吊装(平移)

钢套筒组装流程：钢筒体4、过渡环下半幅在右线盾构井下井拼装→筒体3、2、1下半幅下井拼装→端盖下半幅下井拼装→钢套筒下半圆用螺栓连接紧固→依次把过渡环、筒体和端盖上块放在钢套筒的下半圆上，用工字钢固定好→整体平移至左线隧道中心→过渡环上半幅拼装→依次拼装筒体4、3、2、1以及端盖上半幅→整体螺栓连接安装。钢套筒吊装示意图如图2所示。

图2 钢套筒平移平面示意图

(三)支撑安装

1.支撑安装

钢套筒与洞门环板焊接完成后，即进行安装筒体后背支撑，支撑为φ609×16无缝钢管。后背支撑一部分为直撑，撑在结构侧墙上，一部分为斜撑，撑在站台板上，无论直撑还是斜撑，其底部应用2cm厚钢板封口，且封口钢板与底板钢筋焊接在一起。

2.横撑安装

钢套筒安装完毕后，检查确认后，即进行安装横向支撑。其中，在横向支撑施工过程中，在基坑侧墙结构，采用HW200型钢进行支撑，确保支撑与侧墙有效接触。斜撑在结构侧墙或底板上时应凿除保护层，与结构钢筋有效连接。钢套筒每边共设置6道横向支撑，间隔1600mm布置，坚向高度要求支撑在距离钢套筒托架底部500mm处。

(四)焊缝检测

钢套筒及后背支撑安装焊接完成后，应对过渡环焊缝、支撑焊缝、吊耳及其它受力构件进行外观检验，外观检验合格后进行无损检验，无损探伤采用超声波探伤法(UT)，焊缝等级需达到II及以上。

(五)砂浆基座

在钢套筒底部60°范围内浇筑15cm厚的C20砂浆基座，并保证砂浆基座伸入洞门内与加固土体相接，以保证刀盘出加固体时扎头。

(六)钢套筒渗漏检查

1.渗漏检查方法

(1)连接。首先准备好试验设备，将试验设备与钢套管进行连接，在试压过程中，将阀门、压力表安装在钢套筒的顶部位置，同时，在钢套筒最高点，还需要安装放气阀。(2)灌水。将放气阀打开，同时关闭泄水孔，将水住满钢套管。在本次试压过程中，采用自来水，当排气阀连续向外排水时，即可关闭排气孔。(3)检查。系统充水完成后，需要对系统是否发生渗漏问题进行检查。(4)升压。通过充水检查，没有发生异常后，即可升压，在升压过程中，采用手动试压泵，注意缓慢、平稳的升压，首先升压至试验压力一半，然后对钢管筒进行全面检查，如果发现异常问题，则应该及时做好修复措施，如果没有发生异常问题，则可以缓慢、平稳的持续升压，当升压至试验压力的3/4后，还需要对钢管筒进行全面细致的检查，如果没有发现异常问题，则持续升压。(5)持压。当压力上升到试验压力后，稳压10min，然后将压力降低至设计压力，停压30min，确保压力不会降低，并且钢管通过不会发生渗漏问题。(6)试压结束。试压结束后，需要尽快排进系统积水。

(七)填料

1.粗砂填筑

当钢套筒检查完毕，通过φ600钢管将中粗砂从地面上溜到结构负二层中板，再从从中板预留孔洞中通过混凝土喷射机将砂料吹至钢套筒内。钢套筒内吹喷粗砂时应从钢套筒过渡环到后端盖依次分块、分层填筑，分层填筑高度应控制在50cm左右。

回填料用量Q为：

Q=πd2(L+B)/4=3.14×6.622×(10+0.9)=374.98方

其中，d为钢套筒内径，L为套筒长度，B为洞门钢环宽度。

2.底部注浆

填筑完成后，顶部下料孔保持打开状态，通过每段钢套筒底部预留三个2寸带球阀注排浆管，从下往上注膨润土浆液。膨润土浆液的配比应通过试验确定，参考用量为8%。注浆压力应控制在0.3-0.5MPa，顶部翻浆即可停止。注浆过程中应派人对顶部下料孔进行巡查，出现异常应立即停止，查明原因后方可进行。

(八)盾构到达

盾构机到达钢套筒辅助接收工法拟模拟盾构机在软土砂层中的掘进，并在钢套筒内完成到达环管片拼装。 接收钢套筒填料及检验工序作为确保新工法顺利推进的重要保证， 一方面增强了盾构施工的整体保压性能；另一方面加大了盾构机进入钢套筒施工期间底部地基承载力，避免盾构机筒体“栽头”导致筒体直接与接收钢套筒内壁接触。

六、盾构钢套筒辅助接收施工监测

根据本区间工程特点，在施工的全过程中需进行系统的施工监控量测，目的是为了及时获取施工有关信息，及时调整盾构掘进参数或采取相应的工程措施。必测项目：洞内洞外观察，地表沉降或隆起，临近建(构)筑物，地下管线，管片衬砌变形。 选测项目：土体分层沉降及水平位移，管片衬砌与地层接触应力，衬砌环内力，地下水位等。监测内容与数量包括以下几点：(1)周边建(构)筑物监测本区间隧道建(构)筑物保护监测主要包括：气象局科技楼(华云大酒店)在钢套筒辅助接收期间应加强监测。(2)盾构区间地表沉降监测。接收端100m范围内，每10～20m设一个主测断面，轴线上每5m设一个监测点。(3)管片结构净空收敛监测。在盾构接收端每5～10m设一监测断面。(4)钢套筒及支撑变形及安全状态监测。主要监测钢套筒及后背支撑有无变形、开裂、脱焊、掉漆、渗漏水、异常声音及拼缝宽度等。

七、结语

综上所述，本文主要对区间隧道盾构到达钢套筒辅助接收技术进行详细探究。在盾构施工中应用钢套筒辅助接收施工技术，能够有效避免在盾构到达后出现漏水、涌砂等施工风险问题，从而保障盾构安全出动，值得推广应用。

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